(12分)工业上,以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。钛铁矿主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价。
已知:TiOSO4遇水会水解。
(1)步骤②中,用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为 。
(2)步骤③中,实现混合物的分离是利用物质的 (填字母序号)。a. 熔沸点差异 b. 溶解性差异 c. 氧化性、还原性差异
(3)步骤②、③、④中,均需用到操作是 (填操作名称)。
(4)可以利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应生产硫酸锰(MnSO4,易溶于水),则反应的离子方程式为 。
(5)研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用下图所示装置获得金属钙,并以钙为还原剂,还原二氧化钛制备金属钛。
①写出阳极所发生反应的电极反应式: 。
②在制备金属钛前后,CaO的总量不变,其原因是
(请结合化学用语解释)
(1)2Fe3+ + Fe =3Fe2+ (2分)(2)b (1分)(3)过滤(1分)
(4)MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ = Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O(2分)
(5)① 2O2- - 4e- = O2↑或 C + 2O2- - 4e- = CO2↑(2分)
②制备TiO2时,在电解槽发生如下反应:2CaO 2Ca + O2↑, 2Ca + TiO2 ="Ti" + 2CaO,由此可见,CaO的量不变。或: 制备TiO2时,在电解槽发生如下反应:
阴极:2Ca2+ + 4e- = 2Ca
阳极:2O2- - 4e- = O2↑
2Ca + TiO2 =" Ti" + 2CaO,由此可见,CaO的量不变。(2分)
(1)铁离子能把铁单质氧化生成亚铁离子,方程式为2Fe3+ + Fe =3Fe2+ 。
(2)冷却结晶,有固体析出,因此是利用了物质溶解性的差异,答案选b。
(3)根据流程图可知,三次实验中均产生不溶性物质,所以都需要过滤。
(4)二氧化锰具有氧化性,能氧化废液中的亚铁离子,方程式为MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ = Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O。
(5)①电解池中阳极失去电子,所以根据熔融体中的离子可知,应该是氧离子失去电子,即 2O2- - 4e- = O2↑或 C + 2O2- - 4e- = CO2↑。
②由于制备TiO2时,在电解槽发生如下反应:2CaO 2Ca + O2↑, 2Ca + TiO2 ="Ti" + 2CaO,所以CaO的量不变。